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Fünfachs-Simultan-Hartfräsen im Werkzeug- und Formenbau

| Autor/ Redakteur: Fritz Klocke und andere / Bernhard Kuttkat

Die Hartfräsbearbeitung hat sich inzwischen in weiten Bereichen des Werkzeug- und Formenbaus durchgesetzt. Eine weitere Steigerung von Produktivität, Werkzeugstandzeit und Oberflächenqualität verspricht die simultane Fünfachsbearbeitung. Eine erfolgreiche Einführung dieser Technologie setzt jedoch veränderte Strukturen und ein tiefgehendes Systemverständnis voraus.

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Eine geschickte Prozessauslegung ermöglicht mit nur einem Schruppprozess das stufenlose Ausräumen einer Kavität; das reduziert deutlich den Aufwand fürs Vorschlichten und Abtragen des Restmaterials. Bild: IPT
Eine geschickte Prozessauslegung ermöglicht mit nur einem Schruppprozess das stufenlose Ausräumen einer Kavität; das reduziert deutlich den Aufwand fürs Vorschlichten und Abtragen des Restmaterials. Bild: IPT
( Archiv: Vogel Business Media )

Unternehmen müssen heute einem wachsenden Wettbewerbsdruck durch schnelle und flexible Fertigungsverfahren begegnen. In den meisten Fällen ist es nicht die Bearbeitungszeit, die durch den Einsatz moderner Maschinen- und Fräswerkzeugtechnik reduziert wird. Vielmehr sind es vor- und zwischengelagerte Prozesse wie das Härten, die einen enormen Zeit-, vor allem aber Logistikbedarf verursachen und auf diese Weise die Durchlaufzeiten bei der Herstellung unnötig verlängern.

Das Hartfräsen bietet ein großes Potenzial, um konventionelle Prozessketten im Werkzeugbau zu ergänzen und in einigen Fällen sogar zu ersetzen. Allerdings gilt gerade für die Hartfräsbearbeitung: Nicht alles, was „machbar“ ist oder erscheint, besteht auch bei der Frage nach der Wirtschaftlichkeit. Auch heute noch hat die verfügbare Prozesstechnologie Grenzen, wenn es um die Bearbeitung hochharter Sondermaterialien, filigraner oder kleinster Bauteile oder äußerst komplexer Geometrien geht.

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Neue Hartstoffschichten steigern Produktivität

Einen wesentlichen Faktor bei der Erschließung von Produktivitätspotenzialen in der Hartfräsbearbeitung hat die rasante Weiterentwicklung von Hartstoffschichten, die erst eine Bearbeitung von Werkstoffen jenseits von 50 und heute bis zu 67 HRC ermöglicht haben. Hier kommen heute typischerweise TiAlN-PVD-Beschichtungen zum Einsatz, die durch Veränderungen der Schichtstruktur und zunehmend die Zulegierung weiterer Elemente optimiert werden. Daneben tragen zunehmend auch die CAM-Technik einerseits und die Maschinentechnik andererseits dazu bei, die Prozessleistungsfähigkeit zu verbessern. Dabei steht vor allem die simultane Fünfachsbearbeitung im Zentrum vieler Bestrebungen, weil sie eine ganze Reihe von Vorteilen bietet.

Die vielen Vorteile der Bearbeitung von Formkavitäten mit fünf simultan angesteuerten Maschinenachsen wurden bereits Anfang der neunziger Jahre erkannt und beschrieben. Dazu gehören in erster Linie eine größere Zeilenbreite, kürzer auskragende und damit stabilere Fräswerkzeuge, die Erreichbarkeit nahezu beliebiger Formgeometrien und eine deutlich stabilere und werkzeugschonendere Prozessführung.

Verdichterläufer aus dem Vollen fertigen

Ein Blick über den Tellerrand eröffnet hier interessante Perspektiven: aktuelle Entwicklungen für die Fertigung von Turbinenschaufeln, insbesondere aber so genannter Blisks (Blade Integrated Disks), also ganzer Verdichterläufer aus einem Teil, haben häufig ähnliche Randbedingungen wie die Hartbearbeitung im Werkzeugbau. Insbesondere die dort verwendeten Werkstoffe (Titan- und Nickelbasislegierungen) stellen hohe Prozessanforderungen, die Analogien zur Hartbearbeitung aufweisen. Ausnahme ist meist die Losgröße der gefertigten Produkte, doch darauf soll später noch eingegangen werden.

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